JP2013021098A - Organic thin-film solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機半導体薄膜を用いたｐｎ接合型の有機薄膜太陽電池に関する。 The present invention relates to a pn junction type organic thin film solar cell using an organic semiconductor thin film.
有機太陽電池は、光電変換層に有機化合物を用いた太陽電池であり、現在普及しているシリコン系や化合物半導体系の太陽電池に比べて、軽量で、フレキシブルであり、また、着色性に優れ、製造コストが低い等の利点を有している。このため、ウェアラブルやユビキタスのバッテリー源や、カラフルウィンドウ等への応用が考えられ、身近なエネルギー源としての利用が期待されている。 Organic solar cells are solar cells that use organic compounds in the photoelectric conversion layer, and are lighter, more flexible, and have better colorability than silicon-based and compound semiconductor-based solar cells that are currently in widespread use. The manufacturing cost is low. For this reason, it can be applied to wearable and ubiquitous battery sources, colorful windows, etc., and is expected to be used as a familiar energy source.
有機太陽電池は、色素増感太陽電池と有機薄膜太陽電池とに分別される。前者は、通常、二酸化チタンに吸着させた有機色素を用いて光起電力を得るタイプであり、後者は、ｐ型半導体（電子供与性材料）とｎ型半導体（電子受容性材料）である２種の有機半導体が組み合わされた薄膜が塗布されたタイプである。
色素増感太陽電池における有機色素には、様々な色素が適用されているが、その作用が光合成に似ていることから、光合成色素であるクロロフィルやその誘導体を用いたものも多く提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、有機薄膜太陽電池においても、天然クロロフィルであるバクテリオクロロフィルｃを用いたバルクヘテロ接合型の太陽電池が報告されている（例えば、非特許文献１参照。）
Organic solar cells are classified into dye-sensitized solar cells and organic thin-film solar cells. The former is a type in which a photovoltaic force is usually obtained using an organic dye adsorbed on titanium dioxide, and the latter is a p-type semiconductor (electron-donating material) and an n-type semiconductor (electron-accepting material). This is a type in which a thin film in which various organic semiconductors are combined is applied.
Various dyes have been applied to organic dyes in dye-sensitized solar cells, but their action is similar to that of photosynthesis, so many have been proposed using photosynthesis dyes such as chlorophyll and its derivatives. (For example, refer to Patent Document 1).
In addition, as for organic thin film solar cells, bulk heterojunction type solar cells using bacteriochlorophyll c, which is natural chlorophyll, have been reported (for example, see Non-Patent Document 1).
しかしながら、天然クロロフィルは、Ｍｇが配位し、また、Ｃ１７位に長鎖アルコールがエステル結合したものもあり、化学的に不安定な構造を有している。このため、このような天然有機物を固体型の有機薄膜太陽電池に安定的に適用することは困難であり、色素増感太陽電池ほどの高い光電変換効率は得られず、また、耐久性の点においても問題があった。 However, natural chlorophyll has a structure in which Mg is coordinated and a long-chain alcohol is ester-bonded at the C17 position and has a chemically unstable structure. For this reason, it is difficult to stably apply such a natural organic material to a solid organic thin film solar cell, and a photoelectric conversion efficiency as high as that of a dye-sensitized solar cell cannot be obtained. There was also a problem.
そこで、本発明者らは、有機薄膜太陽電池において、光合成色素であるクロロフィルを利用して、光電変換効率の向上を図るべく研究を重ねた結果、安定で好適なクロロフィル誘導体を見出した。
すなわち、本発明は、有機薄膜太陽電池の実用化を図るべく、クロロフィル誘導体を用いて光電変換効率を向上させた有機薄膜太陽電池を提供することを目的とするものである。
Therefore, the present inventors have conducted research to improve the photoelectric conversion efficiency by using chlorophyll, which is a photosynthetic pigment, in organic thin film solar cells, and as a result, have found a stable and suitable chlorophyll derivative.
That is, an object of the present invention is to provide an organic thin film solar cell in which the photoelectric conversion efficiency is improved by using a chlorophyll derivative in order to put the organic thin film solar cell into practical use.
本発明に係る有機薄膜太陽電池は、一対の電極間にｐ型半導体とｎ型半導体とが含まれた有機薄膜太陽電池において、前記ｐ型半導体として下記一般式（１）で表されるクロロフィル誘導体が用いられていることを特徴とする。 The organic thin film solar cell according to the present invention is an organic thin film solar cell in which a p-type semiconductor and an n-type semiconductor are included between a pair of electrodes, and the chlorophyll derivative represented by the following general formula (1) as the p-type semiconductor: Is used.
上記のようなクロロフィル誘導体をｐ型半導体として用いることにより、有機薄膜太陽電池のエネルギー変換効率の向上を図ることができる。 By using the chlorophyll derivative as described above as a p-type semiconductor, the energy conversion efficiency of the organic thin film solar cell can be improved.
前記有機薄膜太陽電池は、前記ｐ型有機半導体と前記ｎ型有機半導体との混合層を含むバルクヘテロ接合構造であることが好ましい。
また、前記ｐ型有機半導体からなる層と前記ｎ型有機半導体からなる層とが積層された平面ヘテロ接合構造であってもよい。
前記クロロフィル誘導体は、バルクヘテロ接合及び平面ヘテロ接合のいずれの構造の有機薄膜太陽電池においても、ｐ型半導体として好適に機能し得る。
The organic thin film solar cell preferably has a bulk heterojunction structure including a mixed layer of the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor.
Moreover, the planar heterojunction structure where the layer which consists of the said p-type organic semiconductor, and the layer which consists of the said n-type organic semiconductor was laminated | stacked may be sufficient.
The chlorophyll derivative can suitably function as a p-type semiconductor in an organic thin film solar cell having any structure of a bulk heterojunction and a planar heterojunction.
本発明によれば、有機薄膜太陽電池において、ｐ型半導体として用いるクロロフィル誘導体の最適化により、光電変換効率を向上させた有機薄膜太陽電池を提供することができる。
したがって、本発明に係る有機薄膜太陽電池によれば、実用レベルの光電変換効率を実現することが可能となり、軽量で、フレキシブルであり、また、着色性に優れ、製造コストが低い等の利点を活かした身近なエネルギー源としての利用が期待される。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the organic thin film solar cell which improved the photoelectric conversion efficiency can be provided by optimizing the chlorophyll derivative used as a p-type semiconductor in an organic thin film solar cell.
Therefore, according to the organic thin film solar cell according to the present invention, it is possible to achieve a practical level of photoelectric conversion efficiency, light weight, flexibility, excellent colorability, and low manufacturing cost. It is expected to be used as a familiar energy source.
以下、本発明について、図面を参照して、より詳細に説明する。
本発明に係る有機薄膜太陽電池は、一対の電極間にｐ型半導体とｎ型半導体とが含まれており、前記ｐ型半導体として上記一般式（１）で表されるクロロフィル誘導体が用いられているものである。
上記一般式（１）において、Ｍは、２Ｈ、Ｎｉ、Ｚｎ及びＣｕのうちのいずれかである。すなわち、金属は配位していないか、あるいはまた、配位金属はＮｉ、Ｚｎ又はＣｕである。
このように、本発明に係るクロロフィル誘導体は、天然クロロフィルと同様に、テトラピロール環を基本構造としているが、テトラピロール環中心にＭｇは配位しておらず、また、クロロフィルａのような長鎖アルコールは結合していない。
したがって、天然クロロフィルに比べて、安定であり、有機薄膜太陽電池の光電変換効率を図る上で好適な電子供与性（ドナー）材料である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
The organic thin film solar cell according to the present invention includes a p-type semiconductor and an n-type semiconductor between a pair of electrodes, and the chlorophyll derivative represented by the general formula (1) is used as the p-type semiconductor. It is what.
In the general formula (1), M is any one of 2H, Ni, Zn, and Cu. That is, the metal is not coordinated, or the coordinated metal is Ni, Zn or Cu.
Thus, like the natural chlorophyll, the chlorophyll derivative according to the present invention has a tetrapyrrole ring as a basic structure. However, Mg is not coordinated to the center of the tetrapyrrole ring, and is not as long as chlorophyll a. Chain alcohols are not bound.
Therefore, it is an electron donating (donor) material that is more stable than natural chlorophyll and is suitable for increasing the photoelectric conversion efficiency of the organic thin film solar cell.
また、上記一般式（１）において、Ｒは、ＣＨＣＨ2、ＣＨＯ及びＣＨ2ＯＨのいずれかである。 In the general formula (1), R is any one of CHCH 2 , CHO and CH 2 OH.
図１に、前記クロロフィル誘導体をｐ型半導体として用いた有機薄膜太陽電池の好ましい層構成の一例を示す。図１においては、一対の電極（正極１、負極２）間に前記クロロフィル誘導体とｎ型半導体との混合層である光電変換層３を備えており、前記光電変換層３と正極１との間にホール輸送層４が形成されている。
このように、前記クロロフィル誘導体をｐ型半導体とし、ｎ型半導体との混合層を形成させることにより、バルクヘテロ接合構造の有機薄膜太陽電池を好適に構成することができる。
FIG. 1 shows an example of a preferable layer structure of an organic thin film solar cell using the chlorophyll derivative as a p-type semiconductor. In FIG. 1, a
Thus, the organic thin-film solar cell of a bulk heterojunction structure can be comprised suitably by making the said chlorophyll derivative into a p-type semiconductor and forming a mixed layer with an n-type semiconductor.
前記ｎ型半導体には、電子受容性（アクセプタ）材料により構成され、電子輸送性があり、ＨＯＭＯのエネルギー準位が低い化合物を用いることが好ましい。本発明においては、特に限定されるものではなく、公知のものを適宜選択して用いることができる。具体的には、Ｃ６０、Ｃ７０、ＰＣ６０ＢＭ、ＰＣ７０ＢＭ、Ｂｉｓ−ＰＣＢＭ、ＩＣＢＡ、ＳＩＭＥＦ等のフラーレン系誘導体（化２）を用いることができ、あるいはまた、ＰＴＣＢＩ等のペリレン系誘導体（化３）等の他のｎ型有機半導体やＺｎＯ、ＴｉＯ2等のｎ型無機半導体も用いることができる。 As the n-type semiconductor, it is preferable to use a compound that is made of an electron-accepting (acceptor) material, has an electron transporting property, and has a low HOMO energy level. In the present invention, it is not particularly limited, and known ones can be appropriately selected and used. Specifically, fullerene derivatives (Chemical Formula 2) such as C60, C70, PC60BM, PC70BM, Bis-PCBM, ICBA, and SIMEF can be used, or perylene derivatives (Chemical Formula 3) such as PTCBI. Other n-type organic semiconductors and n-type inorganic semiconductors such as ZnO and TiO 2 can also be used.
前記クロロフィル誘導体とｎ型半導体との混合層である光電変換層３は、クロロホルム、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等の有機溶媒中に各材料を溶解又は分散させて、スピンコート法により薄膜を形成させることが好ましい。
この光電変換層３の膜厚は、光透過性や光電変換能、膜抵抗等を考慮し、１０〜３００ｎｍであることが好ましい。
The
The film thickness of the
本発明に係る有機薄膜太陽電池の電極は、透明基板上に透明導電性薄膜が形成されたものであることが好ましい。
前記基板は、有機薄膜太陽電池の支持体となるものであり、基板側が受光面となる場合、太陽光の透光性を有する透明基板を用いることが好ましい。光透過率は８０％以上であることが好ましく、８５％以上であることが好ましい。より好ましくは、９０％以上である。
前記透明基板としては、一般に、ＢＫ７、ＢａＫ１、Ｆ２等の光学ガラス、石英ガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス等のガラス基板、ＰＭＭＡ等のアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエーテルスルフォネート、ポリスチレン、ポリオレフィン、エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル等のポリマー基板が用いられる。
前記基板の厚さは、通常、０．１〜１０ｍｍ程度のものが用いられるが、機械的強度、重量等を考慮して、０．３〜５ｍｍであることが好ましく、０．５〜２ｍｍであることがより好ましい。
The electrode of the organic thin film solar cell according to the present invention is preferably one in which a transparent conductive thin film is formed on a transparent substrate.
The said board | substrate becomes a support body of an organic thin film solar cell, and when the board | substrate side turns into a light-receiving surface, it is preferable to use the transparent substrate which has the translucency of sunlight. The light transmittance is preferably 80% or more, and preferably 85% or more. More preferably, it is 90% or more.
As the transparent substrate, generally, glass substrates such as optical glass such as BK7, BaK1, and F2, quartz glass, alkali-free glass, borosilicate glass, and aluminosilicate glass, acrylic resin such as PMMA, polycarbonate, polyether sulfonate Polymer substrates such as polystyrene, polyolefin, epoxy resin, polyester such as polyethylene terephthalate are used.
The thickness of the substrate is usually about 0.1 to 10 mm, but preferably 0.3 to 5 mm in view of mechanical strength, weight, etc., and 0.5 to 2 mm. More preferably.
前記基板上に、通常、正極が形成される。この正極は、仕事関数の大きい（４ｅＶ以上）金属、合金、導電性化合物等により構成されるが、前記透明基板上に透明電極として形成されることが好ましい。
この透明電極には、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛、酸化亜鉛等の金属酸化物が一般的に用いられ、特に、透明性や導電性等の観点から、ＩＴＯが好適に用いられる。
この透明電極の膜厚は、透明性及び導電性の確保のため、５０〜２５０ｎｍであることが好ましく、１００〜２００ｎｍであることがより好ましい。
正極の形成は、通常、スパッタリング法、真空蒸着法等により行われ、透明導電性薄膜として形成されることが好ましい。
A positive electrode is usually formed on the substrate. The positive electrode is made of a metal, alloy, conductive compound or the like having a high work function (4 eV or more), and is preferably formed as a transparent electrode on the transparent substrate.
For the transparent electrode, metal oxides such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide, and zinc oxide are generally used. In particular, ITO is preferably used from the viewpoint of transparency and conductivity.
The film thickness of the transparent electrode is preferably 50 to 250 nm, and more preferably 100 to 200 nm, in order to ensure transparency and conductivity.
The positive electrode is usually formed by a sputtering method, a vacuum vapor deposition method or the like, and is preferably formed as a transparent conductive thin film.
図１に示すように、正極１と光電変換層３との間には、ホール輸送層４を形成しておくことが好ましい。使用されるホール輸送性材料は、特に限定されるものではなく、公知のものから適宜選択して用いることができる。例えば、三酸化モリブデン等の金属酸化物層、又は、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン：ポリエチレンスルフォネート（以下、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳと略称する）等の高導電性高分子層等により形成することができる。これにより、リーク電流の抑制を図ることができる。
前記ホール輸送層は、具体的には、三酸化モリブデンの場合には、真空蒸着法により、膜厚２〜２０ｎｍで形成し、また、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの場合には、スピンコート法により、膜厚２０〜１５０ｎｍで形成することが好ましい。
As shown in FIG. 1, a hole transport layer 4 is preferably formed between the
Specifically, in the case of molybdenum trioxide, the hole transport layer is formed with a film thickness of 2 to 20 nm by a vacuum evaporation method. In the case of PEDOT: PSS, the film thickness is formed by a spin coating method. It is preferable to form at 20 to 150 nm.
前記正極に対向する負極は、仕事関数の小さい（４ｅＶ以下）金属、合金、導電性化合物により構成される。例えば、アルミニウム、カルシウム、銀、アルミニウム−リチウム合金、マグネシウム−銀合金、フッ化リチウム等が挙げられ、単層であっても、あるいはまた、仕事関数の異なる材料を組み合わせた複層としてもよい。
前記負極の膜厚は、導電性の確保のため、１０〜５００ｎｍであることが好ましく、５０〜２００ｎｍであることがより好ましい。
The negative electrode facing the positive electrode is made of a metal, alloy, or conductive compound having a small work function (4 eV or less). For example, aluminum, calcium, silver, an aluminum-lithium alloy, a magnesium-silver alloy, lithium fluoride, and the like can be given, which may be a single layer or a combination of materials having different work functions.
The film thickness of the negative electrode is preferably 10 to 500 nm and more preferably 50 to 200 nm in order to ensure conductivity.
図２に、前記クロロフィル誘導体をｐ型半導体として用いた有機薄膜太陽電池の好ましい層構成の他の一例を示す。図２においては、一対の電極（正極１、負極２）間に前記クロロフィル誘導体を用いたｐ型半導体層３１とｎ型半導体層３２とが積層され、ｐ型半導体層３１と正極１との間にホール輸送層４が形成され、ｎ型半導体層３２と負極２との間に電子輸送層５が形成されている。
このように、前記クロロフィル誘導体をｐ型半導体とし、ｎ型半導体とを別個の層として積層させた、平面ヘテロ接合構造の有機薄膜太陽電池も好適に構成することができる。
FIG. 2 shows another example of a preferable layer configuration of an organic thin film solar cell using the chlorophyll derivative as a p-type semiconductor. In FIG. 2, a p-
As described above, an organic thin-film solar cell having a planar heterojunction structure in which the chlorophyll derivative is a p-type semiconductor and an n-type semiconductor is stacked as a separate layer can be suitably configured.
この平面ヘテロ接合構造の有機薄膜太陽電池においても、電極１，２、ホール輸送層４は、前記バルクヘテロ接合構造の場合と同様の構成でよい。
また、図２に示すように、ｎ型半導体層３２と負極２との間には、電子輸送層５を形成しておくことが好ましい。なお、図１に示すようなバルクヘテロ接合構造の場合にも、同様に、光電変換層３と負極２との間に、電子輸送層を形成してもよい。
使用される電子輸送性材料は、特に限定されるものではなく、公知のものから適宜選択して用いることができる。例えば、Ｃａ、バソクプロイン（ＢＣＰ）、ＬｉＦ等を真空蒸着法やスピンコート法等により形成することができる。膜厚は５〜４００ｎｍであることが好ましい。
In this organic thin film solar cell having a planar heterojunction structure, the
As shown in FIG. 2, it is preferable to form an
The electron transporting material used is not particularly limited, and can be appropriately selected from known materials. For example, Ca, bathocuproine (BCP), LiF, or the like can be formed by a vacuum deposition method, a spin coating method, or the like. The film thickness is preferably 5 to 400 nm.
前記ｐ型半導体層３１は、クロロホルム、ジクロロメタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ＴＨＦ等の有機溶媒中に前記クロロフィル誘導体を溶解させた濃度０．１〜３ｗｔ％の溶液を用いて、スピンコート法により薄膜として形成することが好ましい。
このｐ型半導体層３１の膜厚は、光透過性や光電変換能、膜抵抗等を考慮して、５〜１００ｎｍであることが好ましい。
The p-
The film thickness of the p-
また、前記ｎ型半導体層３２は、前記バルクヘテロ接合構造の光電変換層３に用いられるのと同様のｎ型有機半導体やｎ型無機半導体により形成することができる。
この場合は、クロロフィル誘導体によるｐ型半導体層３１とは別個の層であるため、スピンコート法に限らず、真空蒸着法によっても好適な薄膜を形成することができる。
このｎ型半導体層３２の膜厚は、光透過性や光電変換能、膜抵抗等を考慮し、１０〜３００ｎｍであることが好ましい。
The n-
In this case, since it is a layer separate from the p-
The film thickness of the n-
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
図１に示すようなバルクヘテロ接合構造の有機薄膜太陽電池セルを、以下のようにして作製した。
まず、正極１としてＩＴＯ電極が膜厚１４０ｎｍで形成されたガラス基板を用い、この表面に、ホール輸送層２としてＭｏＯ3を膜厚５ｎｍで真空蒸着法により成膜した。
その上に、光電変換層３として（化１）に示すクロロフィル誘導体（Ｃｈｌ-１；Ｍ＝２Ｈ，Ｒ＝ＣＨＣＨ2）と、ｎ型半導体としてフラーレン化合物であるＰＣ７０ＢＭとが重量比１：４で混合された膜厚１００ｎｍの薄膜を形成した。この成膜は、クロロベンゼン溶液としてスピンコート法により行った。
そして、負極２としてＣａ層及びＡｌ層からなる２層電極を、真空蒸着法により膜厚１２０ｎｍで成膜した。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not restrict | limited by the following Example.
[Example 1]
An organic thin-film solar cell having a bulk heterojunction structure as shown in FIG. 1 was produced as follows.
First, a glass substrate on which an ITO electrode was formed with a film thickness of 140 nm was used as the
In addition, a chlorophyll derivative (Chl-1; M = 2H, R = CHCH 2 ) shown in (Chemical Formula 1) as the
And the two-layer electrode which consists of Ca layer and Al layer as the
上記により作製したセルの層構成は、ＩＴＯ／ＭｏＯ3（５ｎｍ）／Ｃｈｌ-１（２０ｎｍ）＋ＰＣ７０ＢＭ（８０ｎｍ）／Ｃａ（２０ｎｍ）／Ａｌ（１００ｎｍ）である。 The layer structure of the cell produced as described above is ITO / MoO 3 (5 nm) / Chl-1 (20 nm) + PC70BM (80 nm) / Ca (20 nm) / Al (100 nm).
［実施例２］
図２に示すような平面ヘテロ接合構造の有機薄膜太陽電池セルを、以下のようにして作製した。
まず、正極１としてＩＴＯ電極が膜厚１４０ｎｍで形成されたガラス基板を用い、この表面に、ホール輸送層２としてＭｏＯ3を膜厚５ｎｍで真空蒸着法により成膜した。
その上に、ｐ型半導体層３１として（化１）に示すクロロフィル誘導体（Ｃｈｌ-１；Ｍ＝２Ｈ，Ｒ＝ＣＨＣＨ2）を膜厚２０ｎｍで成膜した。この成膜は、ジクロロメタン溶液としてスピンコート法により行った。さらに、ｎ型半導体層３２としてフラーレン化合物であるＣ６０を膜厚４０ｎｍで真空蒸着法により成膜した。
その上に、電子輸送層５として、ＢＣＰを膜厚６ｎｍでスピンコート法により成膜した。
そして、負極２としてＡｌを、真空蒸着法により膜厚１００ｎｍで成膜した。
[Example 2]
An organic thin-film solar cell having a planar heterojunction structure as shown in FIG. 2 was produced as follows.
First, a glass substrate on which an ITO electrode was formed with a film thickness of 140 nm was used as the
A chlorophyll derivative (Chl-1; M = 2H, R = CHCH 2 ) shown in (Chemical Formula 1) as a p-
A BCP film having a thickness of 6 nm was formed thereon as the
And Al was formed into a film with a film thickness of 100 nm by the vacuum evaporation method as the
上記により作製したセルの層構成は、ＩＴＯ／ＭｏＯ3（５ｎｍ）／Ｃｈｌ-１（２０ｎｍ）／Ｃ６０（４０ｎｍ）／ＢＣＰ（６ｎｍ）／Ａｌ（１００ｎｍ）である。 The layer structure of the cell produced as described above is ITO / MoO 3 (5 nm) / Chl-1 (20 nm) / C60 (40 nm) / BCP (6 nm) / Al (100 nm).
［実施例３］
実施例１において、光電変換層３として（化１）に示すクロロフィル誘導体（Ｃｈｌ-２；Ｍ＝２Ｈ，Ｒ＝ＣＨＯ）を用い、それ以外については実施例１と同様にして、バルクヘテロ接合構造の有機薄膜太陽電池セルを作製した。
[Example 3]
In Example 1, the chlorophyll derivative (Chl-2; M = 2H, R = CHO) shown in (Chemical Formula 1) is used as the
上記により作製したセルの層構成は、ＩＴＯ／ＭｏＯ3（５ｎｍ）／Ｃｈｌ-２（２０ｎｍ）＋ＰＣ７０ＢＭ（８０ｎｍ）／Ｃａ（２０ｎｍ）／Ａｌ（１００ｎｍ）である。 The layer structure of the cell produced as described above is ITO / MoO 3 (5 nm) / Chl-2 (20 nm) + PC70BM (80 nm) / Ca (20 nm) / Al (100 nm).
［実施例４］
実施例１において、光電変換層３として（化１）に示すクロロフィル誘導体（Ｃｈｌ-３；Ｍ＝Ｚｎ、Ｒ＝ＣＨ2ＯＨ）を用い、それ以外については実施例１と同様にして、バルクヘテロ接合構造の有機薄膜太陽電池セルを作製した。
[Example 4]
In Example 1, the chlorophyll derivative (Chl-3; M = Zn, R = CH 2 OH) shown in (Chemical Formula 1) is used as the
上記により作製したセルの層構成は、ＩＴＯ／ＭｏＯ3（５ｎｍ）／Ｃｈｌ-３（２０ｎｍ）＋ＰＣ７０ＢＭ（８０ｎｍ）／Ｃａ（２０ｎｍ）／Ａｌ（１００ｎｍ）である。
The layer structure of the cell produced as described above is ITO / MoO 3 (5 nm) / Chl-3 (20 nm) + PC70BM (80 nm) / Ca (20 nm) / Al (100 nm).
［実施例５］
実施例１において、光電変換層３として（化１）に示すクロロフィル誘導体（Ｃｈｌ-４；Ｍ＝Ｃｕ，Ｒ＝ＣＨＣＨ2）を用い、それ以外については実施例１と同様にして、バルクヘテロ接合構造の有機薄膜太陽電池セルを作製した。
[Example 5]
In Example 1, the chlorophyll derivative (Chl-4; M = Cu, R = CHCH 2 ) shown in (Chemical Formula 1) is used as the
上記により作製したセルの層構成は、ＩＴＯ／ＭｏＯ3（５ｎｍ）／Ｃｈｌ-４（２０ｎｍ）＋ＰＣ７０ＢＭ（８０ｎｍ）／Ｃａ（２０ｎｍ）／Ａｌ（１００ｎｍ）である。 The layer structure of the cell produced as described above is ITO / MoO 3 (5 nm) / Chl-4 (20 nm) + PC70BM (80 nm) / Ca (20 nm) / Al (100 nm).
［実施例６］
実施例１において、光電変換層３として（化１）に示すクロロフィル誘導体（Ｃｈｌ-５；Ｍ＝Ｚｎ，Ｒ＝ＣＨＣＨ2）を用い、それ以外については実施例１と同様にして、バルクヘテロ接合構造の有機薄膜太陽電池セルを作製した。
[Example 6]
In Example 1, the chlorophyll derivative (Chl-5; M = Zn, R = CHCH 2 ) shown in (Chemical Formula 1) was used as the
上記により作製したセルの層構成は、ＩＴＯ／ＭｏＯ3（５ｎｍ）／Ｃｈｌ-５（２０ｎｍ）＋ＰＣ７０ＢＭ（８０ｎｍ）／Ｃａ（２０ｎｍ）／Ａｌ（１００ｎｍ）である。 The layer structure of the cell produced as described above is ITO / MoO 3 (5 nm) / Chl-5 (20 nm) + PC70BM (80 nm) / Ca (20 nm) / Al (100 nm).
［実施例７］
実施例１において、光電変換層３として（化１）に示すクロロフィル誘導体（Ｃｈｌ-６；Ｍ＝Ｎｉ，Ｒ＝ＣＨＣＨ2）を用い、それ以外については実施例１と同様にして、バルクヘテロ接合構造の有機薄膜太陽電池セルを作製した。
[Example 7]
In Example 1, the chlorophyll derivative (Chl-6; M = Ni, R = CHCH 2 ) shown in (Chemical Formula 1) is used as the
上記により作製したセルの層構成は、ＩＴＯ／ＭｏＯ3（５ｎｍ）／Ｃｈｌ-６（２０ｎｍ）＋ＰＣ７０ＢＭ（８０ｎｍ）／Ｃａ（２０ｎｍ）／Ａｌ（１００ｎｍ）である。 The layer structure of the cell produced as described above is ITO / MoO 3 (5 nm) / Chl-6 (20 nm) + PC70BM (80 nm) / Ca (20 nm) / Al (100 nm).
［実施例８］
実施例２において、ｐ型半導体層３１として（化１）に示すクロロフィル誘導体（Ｃｈｌ-４；Ｍ＝Ｃｕ，Ｒ＝ＣＨＣＨ2）及びＰＣ６０ＢＭの混合層を用い、それ以外については実施例２と同様にして、平面ヘテロ接合構造の有機薄膜太陽電池セルを作製した。
[Example 8]
In Example 2, a mixed layer of the chlorophyll derivative (Chl-4; M = Cu, R = CHCH 2 ) and PC60BM shown in (Chemical Formula 1) is used as the p-
上記により作製したセルの層構成は、ＩＴＯ／ＭｏＯ3（５ｎｍ）／Ｃｈｌ-４＋ＰＣ６０ＢＭ（４０ｎｍ）／Ｃ６０（４ｎｍ）／ＢＣＰ（６ｎｍ）／Ａｌ（１００ｎｍ）である。 The layer structure of the cell produced as described above is ITO / MoO 3 (5 nm) / Chl-4 + PC60BM (40 nm) / C60 (4 nm) / BCP (6 nm) / Al (100 nm).
［比較例１］
実施例１において、ホール輸送層２としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを膜厚４０ｎｍでスピンコート法により成膜し、また、光電変換層３として（化４）に示すクロロフィル誘導体（Ｃｈｌ-７）を用い、それ以外については実施例１と同様にして、バルクヘテロ接合構造の有機薄膜太陽電池セルを作製した。
[Comparative Example 1]
In Example 1, PEDOT: PSS was formed into a film thickness of 40 nm by a spin coat method as the
上記により作製したセルの層構成は、ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（４０ｎｍ）／Ｃｈｌ-７（２０ｎｍ）＋ＰＣ７０ＢＭ（８０ｎｍ）／Ｃａ（２０ｎｍ）／Ａｌ（１００ｎｍ）である。 The layer structure of the cell produced as described above is ITO / PEDOT: PSS (40 nm) / Chl-7 (20 nm) + PC70BM (80 nm) / Ca (20 nm) / Al (100 nm).
上記実施例および比較例において作製した各セルについて、ＡＭ１．５Ｇ、１００ｍＷ／ｃｍ2の疑似太陽光を照射して、太陽電池特性を測定した。
短絡電流密度ＪSC、開放電圧ＶOC、曲線因子ＦＦ、エネルギー変換効率ＰＣＥの評価結果を表１にまとめて示す。
なお、比較例１においては、測定下限未満であり、太陽電池特性の評価は困難であった。
About each cell produced in the said Example and comparative example, AM1.5G, 100 mW / cm < 2 > pseudo-sunlight was irradiated, and the solar cell characteristic was measured.
Table 1 summarizes the evaluation results of the short-circuit current density J SC , the open circuit voltage V OC , the fill factor FF, and the energy conversion efficiency PCE.
In Comparative Example 1, it was less than the measurement lower limit, and it was difficult to evaluate the solar cell characteristics.
本発明に係るクロロフィル誘導体によれば、天然クロロフィルよりも光電変換効率の向上を図ることができることが認められた。 According to the chlorophyll derivative according to the present invention, it was recognized that the photoelectric conversion efficiency can be improved as compared with natural chlorophyll.
１ 正極
２ 負極
３ 光電変換層
３１ ｐ型有機半導体層
３２ ｎ型有機半導体層
４ ホール輸送層
５ 電子輸送層
1
Claims (3)
（式（１）中、Ｍは、２Ｈ、Ｎｉ、Ｚｎ及びＣｕのうちのいずれかである。Ｒは、ＣＨＣＨ2、ＣＨＯ及びＣＨ2ＯＨのいずれかである。） In an organic thin film solar cell in which a p-type semiconductor and an n-type semiconductor are included between a pair of electrodes, a chlorophyll derivative represented by the following general formula (1) is used as the p-type semiconductor. Organic thin film solar cell.
(In the formula (1), M is any one of 2H, Ni, Zn and Cu. R is any one of CHCH 2 , CHO and CH 2 OH.)
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